淺談電力線路結(jié)構(gòu)及導(dǎo)線的截面選擇

摘要：電力線路主要由導(dǎo)體（線芯）、絕緣層、保護(hù)層等構(gòu)成。導(dǎo)線是電力線路的主要元件，正確地選擇導(dǎo)線截面對(duì)電力網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)指標(biāo)有很大影響。對(duì)35kV及以上架空線路，首先按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇導(dǎo)線截面，然后按允許截流量、電暈和機(jī)械強(qiáng)度進(jìn)行校驗(yàn)。對(duì)于35kV以下的電力網(wǎng)一般按允許電壓損耗率選擇導(dǎo)線截面，按允許載流量和機(jī)械強(qiáng)度進(jìn)行校驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：電力線路結(jié)構(gòu)；導(dǎo)線截面；電流密度；電壓損耗

中圖分類號(hào)：TM726 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2014）26-0123-02

電力線路按結(jié)構(gòu)可分為架空線路和電纜線路兩大類。架空線路的導(dǎo)線及避雷線等架設(shè)在露天的桿塔上。電纜線路一般直接埋設(shè)在地下或敷設(shè)在電纜溝道中。由于架空線路的建設(shè)費(fèi)用比電纜線路低得多，且架空線路具有施工周期短、檢修維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，因此，輸、配電線路絕大多數(shù)采用架空線路。只有在負(fù)荷密度大、人口稠密的中心城市的繁華地段，發(fā)電廠和變電所內(nèi)部或附近，以及嚴(yán)重污穢區(qū)不宜采用架空線路時(shí)，才采用電纜線路。

其中導(dǎo)線是電力線路的主要元件，正確選擇導(dǎo)線截面對(duì)電力網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)指標(biāo)有很大影響。導(dǎo)線截面選擇得過(guò)大將增加投資及有色金屬的消耗量；導(dǎo)線截面選擇得過(guò)小，運(yùn)行時(shí)將產(chǎn)生較大的電能消耗，既浪費(fèi)資源也不經(jīng)濟(jì)，同時(shí)，在線路上產(chǎn)生過(guò)大的電壓損耗，供電電壓不能滿足要求。因此，在導(dǎo)線截面的選擇上，必須兼顧技術(shù)和經(jīng)濟(jì)兩個(gè)方面。從技術(shù)上講，在正常運(yùn)行時(shí)，線路不應(yīng)發(fā)生全面電暈；在正常和事故情況下導(dǎo)線通過(guò)的電流應(yīng)在導(dǎo)線允許發(fā)熱的載流量范圍之內(nèi)，電壓損耗也應(yīng)在容許的范圍之內(nèi)；應(yīng)保證導(dǎo)線截面有一定的機(jī)械強(qiáng)度。在技術(shù)條件滿足的情況下，應(yīng)使所選導(dǎo)線的經(jīng)濟(jì)性最佳，即按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇導(dǎo)線截面。綜合考慮經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上的條件，導(dǎo)線截面應(yīng)滿足上述條件，但并非所有導(dǎo)線都同時(shí)要滿足上述條件，一般地講，35kV及以上的線路要按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇導(dǎo)線截面，然后再校驗(yàn)其他技術(shù)條件。對(duì)于中低壓配電網(wǎng)，一般按照電壓損耗條件選擇導(dǎo)線截面，再校驗(yàn)其他條件。

一、電力線路結(jié)構(gòu)

架空線路主要包括桿塔、絕緣子、導(dǎo)線、避雷線、橫擔(dān)及金具等。它們的作用分別如下所述：導(dǎo)線用來(lái)傳輸電流、輸送電能。避雷線用來(lái)把雷電流引入大地，保護(hù)線路絕緣，使其免遭大氣過(guò)電壓的破壞。桿塔用來(lái)支持導(dǎo)線和避雷線，并使帶電體之間、帶電體與接地體之間保持必要的安全距離。絕緣子用來(lái)使導(dǎo)線與桿塔之間保持絕緣，它應(yīng)能承受線路最高運(yùn)行電壓和各種過(guò)電壓，而不致?lián)舸?。金具用?lái)固定、懸掛、連接和保護(hù)以上各主要元件的金屬件。

電力線路主要由導(dǎo)體（線芯）、絕緣層、保護(hù)層等構(gòu)成。它們的主要作用是，導(dǎo)電線芯用來(lái)傳輸電能；絕緣層用來(lái)使線芯與線芯、線芯與保護(hù)層間互相隔離，并要求絕緣性能和耐熱性能良好；包護(hù)層用來(lái)包護(hù)絕緣層，使電纜在運(yùn)輸、儲(chǔ)存、敷設(shè)和運(yùn)行時(shí)，絕緣層不受外力損傷和防止水分浸入。在油浸紙絕緣電纜中，保護(hù)層還具有防止絕緣油外流的作用。

架空線路各元件暴露在大氣之中，導(dǎo)線及避雷線不僅受到風(fēng)吹、履冰和氣溫變化等的影響較大，而且承受的張力也比較大，同時(shí)還受到空氣及各種有害物質(zhì)的侵蝕。因此，對(duì)導(dǎo)線的要求是：具有良好的導(dǎo)電性能、必要的機(jī)械強(qiáng)度和抗腐蝕性能，且制造工藝簡(jiǎn)單，質(zhì)輕，價(jià)廉。

導(dǎo)線的材料主要是銅、鋁、鋼等。銅是理想的導(dǎo)線材料，但由于銅的用途廣，價(jià)格高，只在負(fù)荷較大的配電線路上使用；鋁的導(dǎo)電率僅次于銅，但成本比銅低得多，所以目前導(dǎo)線多采用鋁材料。為了提高鋁導(dǎo)線的強(qiáng)度，鋁中加少量的鎂、硅等元素，可制成強(qiáng)度較高的鋁合金絞線；鋼的導(dǎo)電率較差，但由于其強(qiáng)度高且價(jià)格低廉，故避雷線一般采用鋼絞線。

為了充分利用鋁和鋼的優(yōu)點(diǎn)，把兩者結(jié)合制成鋼芯鋁絞線。由于交流電的趨膚效應(yīng)，外部的鋁在導(dǎo)電方面的優(yōu)點(diǎn)得到了充分利用，而鋼芯僅承受機(jī)械張力。鋼芯鋁絞線被廣泛應(yīng)用于35kV及以上的線路上。

鋼芯鋁絞線按鋁、鋼截面比的不同，又分為普通型、輕型和加強(qiáng)型三種形式。一般地區(qū)的架空線路常采用普通型和輕型鋼芯鋁絞線，重冰區(qū)和大跨越檔距、采用加強(qiáng)型鋼芯鋁絞線。

為了防止電暈并減少線路感抗，220kV及以上電壓等級(jí)線路多采用擴(kuò)徑或分裂導(dǎo)線。分裂導(dǎo)線多有2～4根鋼芯鋁絞線作為次導(dǎo)線（或稱子導(dǎo)線）組成一相導(dǎo)線，次導(dǎo)線之間用金屬間隔棒支撐。

二、導(dǎo)線必須滿足的基本條件

一是按允許載流量校驗(yàn)導(dǎo)線截面。允許載流量是指通過(guò)在熱平衡條件下，由導(dǎo)線的允許溫度確定的導(dǎo)線長(zhǎng)期允許通過(guò)的電流。因此，所有導(dǎo)線都必須根據(jù)可能出現(xiàn)的運(yùn)行情況進(jìn)行允許載流量校驗(yàn)。規(guī)程規(guī)定，按允許載流量校驗(yàn)時(shí)，鋼芯鋁絞線的允許溫度一般為70攝氏度。按此規(guī)定，并取導(dǎo)線環(huán)境溫度為25攝氏度。如果最高氣溫月的最高平均溫度不等于25攝氏度，還應(yīng)允許載流量進(jìn)行修正；事故情況下（如環(huán)網(wǎng)在電源端線路斷開(kāi)或雙回路斷開(kāi)一回時(shí)），導(dǎo)線的溫度允許到90攝氏度，導(dǎo)線的允許載流量將有所增加。

二是按機(jī)械強(qiáng)度校驗(yàn)導(dǎo)線截面。導(dǎo)線在運(yùn)行時(shí)可能突然增加一些偶然的外界機(jī)械負(fù)載，因而應(yīng)保證導(dǎo)線在運(yùn)行中有一定的機(jī)械強(qiáng)度。為此，對(duì)于跨越鐵塔、通航河流的運(yùn)河、公路、通信線路、居民區(qū)的線路，規(guī)定導(dǎo)線截面不得小于35平方毫米。

三是按電暈校驗(yàn)導(dǎo)線截面。所謂電暈現(xiàn)象，就是架空導(dǎo)線帶有高電壓的情況下，導(dǎo)線表面的電場(chǎng)強(qiáng)度超過(guò)空氣的擊穿強(qiáng)度時(shí)，導(dǎo)線表面的空氣分子被游離所產(chǎn)生的放電現(xiàn)象，同時(shí)發(fā)出“嗤嗤”的放電聲，并產(chǎn)生臭氧，夜間還可以看見(jiàn)藍(lán)紫色熒光，此即為電暈現(xiàn)象。電暈要消耗電能，電暈放電所產(chǎn)生的脈沖電磁波對(duì)無(wú)線電和高頻通信有干擾，放電所產(chǎn)生的臭氧對(duì)導(dǎo)線及金屬元件有腐蝕作用。因此，線路在設(shè)計(jì)運(yùn)行時(shí)，不允許全面電暈發(fā)生。為了避免電暈，導(dǎo)線截面不能過(guò)小。

由試驗(yàn)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)得知，一般110kV以下的架空線路和35kV以下的電纜線路，由于電壓低，不會(huì)發(fā)生全面電暈，因此，也不必驗(yàn)算電暈損耗和絕緣介質(zhì)損耗。110kV線路的導(dǎo)線截面小于9.6平方毫米，220 kV線路的導(dǎo)線截面小于21.4平方毫米，就應(yīng)加大導(dǎo)線截面或采用分裂導(dǎo)線。

三、按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇導(dǎo)線截面

如前所述，為了降低線路的電能損耗，導(dǎo)線截面愈大愈有利，但從減少投資和節(jié)約有色金屬的角度來(lái)看，導(dǎo)線截面愈小愈好。因此，在一定的使用條件下，可能存在一個(gè)從經(jīng)濟(jì)上看是最為有利的導(dǎo)線截面積。

為求得經(jīng)濟(jì)上最有利的截面積，必須進(jìn)行經(jīng)濟(jì)計(jì)算，經(jīng)濟(jì)計(jì)算應(yīng)包括線路的投資和年運(yùn)行費(fèi)用兩個(gè)方面。

線路的投資包括兩部分：一部分與導(dǎo)線截面積成正比，一部分與導(dǎo)線截面積無(wú)關(guān)。有關(guān)設(shè)計(jì)部門(mén)已將各類導(dǎo)線的投資預(yù)算制定如下：

如35kV的LGJ型截面35平方毫米架空導(dǎo)線綜合投資1.1萬(wàn)元；35kV的LGJ型截面50平方毫米架空導(dǎo)線綜合投資1.25萬(wàn)元；35kV的LGJ型截面70平方毫米架空導(dǎo)線綜合投資1.45萬(wàn)元；35kV的LGJ型截面95平方毫米架空導(dǎo)線綜合投資1.65萬(wàn)元；35kV的LGJ型截面120平方毫米架空導(dǎo)線綜合投資1.85萬(wàn)元；35kV的LGJ型截面150平方毫米架空導(dǎo)線綜合投資2.1萬(wàn)元；35kV的LGJ型截面185平方毫米架空導(dǎo)線綜合投資2.35萬(wàn)元；35kV的LGJ型截面240平方毫米架空導(dǎo)線綜合投資2.7萬(wàn)元。

110kV的LGJ型截面70平方毫米架空導(dǎo)線綜合投資1.95萬(wàn)元；110kV的LGJ型截面95平方毫米架空導(dǎo)線綜合投資2.1萬(wàn)元；110kV的LGJ型截面120平方毫米架空導(dǎo)線綜合投資2.25萬(wàn)元；110kV的LGJ型截面150平方毫米架空導(dǎo)線綜合投資2.45萬(wàn)元；110kV的LGJ型截面185平方毫米架空導(dǎo)線綜合投資2.7萬(wàn)元；110kV的LGJ型截面240平方毫米架空導(dǎo)線綜合投資2.95萬(wàn)元；110kV的LGJQ型截面300平方毫米架空導(dǎo)線綜合投資3.4萬(wàn)元；110kV的LGJQ型截面400平方毫米架空導(dǎo)線綜合投資4.3萬(wàn)元。

輸電線路的年運(yùn)行費(fèi)用包括以下幾個(gè)方面：一是折舊費(fèi)。隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，電力網(wǎng)中的所有元件都會(huì)老化，為了繼續(xù)運(yùn)行，需要在一定時(shí)間內(nèi)更換設(shè)備。因此，每年要按線路一次投資（初始投資）的百分比提取一定的資金，以備更換設(shè)備，這個(gè)百分?jǐn)?shù)就是設(shè)備的折舊率。

二是維護(hù)費(fèi)。為保證輸電線路安全可靠運(yùn)行，使線路的技術(shù)質(zhì)量保證在應(yīng)有的水平上，必須由維護(hù)人員定期對(duì)線路進(jìn)行檢查和維護(hù)。維護(hù)人員的工資和維護(hù)線路所需的資金也按線路一次投資的百分比提取。此維護(hù)費(fèi)中不包括大修的資金，因大修一般需要更換設(shè)備，其費(fèi)用應(yīng)從折舊費(fèi)中提取。一般電纜線路使用年限為40年，殘值占原價(jià)5%，每年折舊率為3.4%，其中基本折舊2.4%，大修折舊1%；維護(hù)及小修率為2.6%；折舊維修率為6%。一般鐵塔線路使用年限為50年，殘值占原價(jià)10%，每年折舊率為2.6%，其中基本折舊1.8%，大修折舊0.8%；維護(hù)及小修率為1.4%；折舊維修率為4%。一般水泥桿線路使用年限為40年，殘值占原價(jià)4%，每年折舊率為3.4%，其中基本折舊2.4%，大修折舊1%；維護(hù)及小修率為1.6%；折舊維修率為5%。一般架空配電線路使用年限為30年，殘值占原價(jià)4%，每年折舊率為3.2%；維護(hù)及小修率為3.8%；折舊維修率為7%。

三是電能損耗費(fèi)。線路在傳輸電能時(shí)必然產(chǎn)生電能損耗，因而也增加了輸電成本，在進(jìn)行經(jīng)濟(jì)計(jì)算時(shí)必須予以考慮。

我國(guó)頒布的經(jīng)濟(jì)密度如下：鋁線、鋼芯鋁線在最大負(fù)荷小時(shí)3000以下，其經(jīng)濟(jì)密度應(yīng)為每平方毫米1.65安；3000～5000小時(shí)，其經(jīng)濟(jì)密度應(yīng)為每平方毫米1.15安；5000小時(shí)以上，其經(jīng)濟(jì)密度應(yīng)為每平方毫米0.9安。銅線在最大負(fù)荷小時(shí)3000以下，其經(jīng)濟(jì)密度應(yīng)為每平方毫米3.0安；3000～5000小時(shí)，其經(jīng)濟(jì)密度應(yīng)為每平方毫米2.25安；5000小時(shí)以上，其經(jīng)濟(jì)密度應(yīng)為每平方毫米1.75安。鋁芯電纜在最大負(fù)荷小時(shí)3000以下，其經(jīng)濟(jì)密度應(yīng)為每平方毫米1.92安；3000～5000小時(shí)，其經(jīng)濟(jì)密度應(yīng)為每平方毫米1.73安；5000小時(shí)以上，其經(jīng)濟(jì)密度應(yīng)為每平方毫米1.54安。銅芯電纜在最大負(fù)荷小時(shí)3000以下，其經(jīng)濟(jì)密度應(yīng)為每平方毫米2.5安；3000～5000小時(shí)，其經(jīng)濟(jì)密度應(yīng)為每平方毫米2.25安； 5000小時(shí)以上，其經(jīng)濟(jì)密度應(yīng)為每平方毫米2.0安。

四、按容許電壓損耗選擇導(dǎo)線截面

一般中低壓配電網(wǎng)沒(méi)有特殊調(diào)壓設(shè)備，為了保證用電設(shè)備電壓偏移不超過(guò)容許范圍，應(yīng)按容許電壓損耗選擇導(dǎo)線截面。線路中的低壓損耗與導(dǎo)線的電阻和電抗有關(guān)，而導(dǎo)線的電阻與截面有直接關(guān)系。在導(dǎo)線截面未定之前，導(dǎo)線型號(hào)未知，導(dǎo)線電抗也未知，直接按容許電壓損耗求導(dǎo)線截面是困難的，可以導(dǎo)線電阻率、線路長(zhǎng)度、負(fù)荷有功功率、線路額定電壓等量化關(guān)系進(jìn)行近似方式計(jì)算，即導(dǎo)線截面與導(dǎo)線電阻率、線路長(zhǎng)度、負(fù)荷有功功率成正比，與線路額定電壓成反比。

綜上所述，對(duì)35kV及以上架空線路，首先按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇導(dǎo)線截面，然后按允許截流量、電暈和機(jī)械強(qiáng)度進(jìn)行校驗(yàn)。對(duì)于35kV以下的電力網(wǎng)一般按允許電壓損耗率選擇導(dǎo)線截面，按允許載流量和機(jī)械強(qiáng)度進(jìn)行校驗(yàn)。應(yīng)當(dāng)指出，選擇導(dǎo)線截面時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮電力網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，在計(jì)算中必須采用穩(wěn)定的經(jīng)常重復(fù)的最大負(fù)荷，特別當(dāng)系統(tǒng)發(fā)展還不是很明確的情況下，應(yīng)注意不要將導(dǎo)線截面定得太小。

（責(zé)任編輯：王祝萍）